直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及大型超导磁体领域，尤其涉及一种直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆，用于低温和高温超导线直短样在多角度背景磁场下的临界电流测试。
【背景技术】
[0002]大型超导磁体是全超导可控磁约束聚变堆的关键，其主要功能是将超高温等离子体约束在磁容器中，实现受控核聚变反应。在ITER设计中，磁体均采用NbTi和Nb3Sn低温超导材料。对实验堆的研究表明装置越大、磁场越高，越容易实现可控聚变反应和发电，未来示范堆和商用堆运行参数(功率>2GW，磁场>15T，电流>100kA，承载>150吨/米)远高于目前ITER设计参数。受低温超导线材上临界磁场的限制，采用传统低温超导材料不可能制备出超过22T的磁体，绕制更高磁场的磁体要求材料在超过20T的磁场中仍能够保持较高临界电流密度。因此，寻求具有更为优良综合性能的超导材料和高场磁体是未来可控磁约束聚变示范堆和商业化过程中必须解决的问题。陶瓷氧化物高温超导材料因其在4.2K下具有极高的不可逆场和优异的磁场载流特性，因此是建造高场磁体的理想材料。在高温超导材料中，Bi2Sr2CalCu20X(B1-2212)是唯一可制备成各向同性圆线的材料，其在4.2K即使外场高达45T依然能够承载具有实际应用意义的工程电流密度，因此是目前最具高场下O20T)应用前景的高温超导材料。
[0003]在设计和制造1KA实验用CICC导体之前，需要对Bi2212线材的性能进行详细的研究，包括常温和低温下的力学性能，电磁学特性以及应变对其超导性能的影响等，因为实用导体工作在较为复杂的高背景场中。因此，研究背景磁场强度和角度对超导线临界电流的影响可以为今后设计电缆和导体提供重要的数据。
[0004]目前实验用Bi2212超导线采用粉末装管法(PIT)加高氧分压热处理技术制备而成。热处理后的Bi2212超导线线芯材料的力学特性接近陶瓷，如果受力或变形较大会使芯部断裂，对其性能影响较大，所以在测试过程中要尽量避免股线受到冲击或变形。
[0005]超导线临界性能测试实验中，采用四引线法进行测量。
[0006]实验内容主要包括:不同磁场下4.2K时超导线的临界电流和η值测试。
[0007]测试样品浸泡在液氦中进行通电实验，需要设计一套可靠的样品杆，固定测试超导样品，并在一定的背景磁场中给样品通入直流电流，测试样品临界电流。
[0008]目前国际上各个低温实验室采用的超导线临界性能测试样品杆结构不尽相同，为了能够安全、准确、可靠、高效的测量超导线的临界性能，样品杆设计时必须考虑以下几占.V.1、样品易于拆装；
2、低温下样品骨架接触电阻小；
3、电流引线优化设计；
4、放入样品杆时电流引线易于冷却以节省液氦；
5、更换样品时样品杆易于干燥； 6、可靠的电绝缘。
【发明内容】
[0009]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆，用于固定测试超导样品，并在一定的背景磁场中给样品通入直流电流，测试样品临界电流。
[0010]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆，其特征在于:包括有两根电流引线，两根电流引线外套设有环氧护套，环氧护套的一端安装有密封法兰，环氧护套的两端内壁中分别设有胶木支撑环，环氧护套的两端内壁与两根电流引线的外壁之间填充有低温环氧胶，两根电流引线均伸出环氧护套之外，没有安装密封法兰的一端的两根电流引线与两根下端电流引线连接，两根下端电流引线的另一端固定在环氧支撑板上。
[0011]所述的电流引线为无氧铜电流引线，下端电流引线由无氧铜和Nb3Sn超导线组成。
[0012]所述的环氧支撑板的一端活动安装有可拆卸的圆形活动板，两根下端电流引线的一端即固定在所述圆形活动板上。
[0013]结构说明:
1、密封法兰，实验时与磁体杜瓦连接；
2、低温环氧胶，防止气化的氦气沿着电流引线泄漏，在低温下也具有良好的绝缘和密封作用；
3、两胶木支撑环为样品杆支撑部件；
4、环氧护套，一面保护电流引线，同时起到支撑作用，另外为蒸发的冷氦气提供回气道，放入样品杆和实验室冷却电流引线，节省液氦；
5、用于与样品连接的无氧铜电流引线，电流引线横截面经过优化设计，通流能力达到1000A ；
6、下端电流引线，由无氧铜和Nb3Sn超导线组成，起到传输电流和放置样品的作用；
7、环氧支撑板，样品通过电流时，在磁场的作用下会受到洛仑兹力作用，在确定电流方向后，洛仑兹力的方向指向环氧支撑板，这样环氧支撑板就起到了支撑作用，防止样品在洛仑兹力的作用下，发生偏折。另外，环氧支撑板也起到了固定下端电流引线的作用，保证电流引线在运行时的稳定性。环氧支撑板上的圆形活动板是可以拆卸的，这种结构的设计是为了变换样品角度时，最大程度上避免样品在拆卸是受到触碰或者弯折。最大程度上保护样品不受损伤。
[0014]本发明的工作原理是:
设计的样品杆要可以对超导线轴向和磁场夹角范围从O度到180的情况下进行临界电流测量。
[0015]被测试短样固定在样品杆下端电流引线和环氧支撑板上。放置在液氦槽中和平行于样品架的轴线磁场(螺线管)中。电流方向的选择要使超导线短样所受的安培力指向于环氧支撑板一侧，以免短样受到过大的安培力而产生较大的形变，或从样品杆上脱落，掉入磁体中。
[0016]由于采用4引线法测试临界电流，须在短样上焊接间隔20-40mm的电位线采集电压信号，因此超导线短样的长度要3 40_。
[0017]磁场测量系统的分辨率要优于20mT，其绝对准确度要优于1%。
[0018]电流测试的分辨率必须优于0.1A，绝对准确度优于0.5%。
[0019]测试装置包括提供背景场的磁体系统，样品杆，低温容器，电源设备以及数据采集系统等。
[0020]提供背景场的磁体为螺旋管型超导混合磁体，内、夕卜线圈分别由Nb3Sn和NbTi线绕制。孔径为70_，其中心磁场最高可达16T，中心处直径、高度均为10_的圆柱内的磁场均匀度高达2.3X10 4O
[0021]磁体同时并联了一个超导开关，磁场稳定时磁体处于闭环运行模式，并浸泡在液氦中，以保证实验时磁体系统更稳定。
[0022]本发明的有益效果在于:
本发明在超导股线低温性能测试中发挥了重要作用，其中环氧护套提供氦气回路，冷却电流引线，节省了大量液氦；环氧护套内支撑结构易于干燥，使得更换样品的时间大大缩短，不会发生样品杆表面凝结水放入液氦杜瓦后结冰的现象；下端环氧支撑板可以防止测试样品在背景磁场中通电受洛仑兹力作用产生变形，以及调整样品和背景磁场的加角。
[0023]本发明的优点是:
本发明适用于超导股线性能测试实验，目前国内尚无类似结构，本结构在低温下可靠接触，并可以通入大电流，更换样品时操作简易，不会损伤超导线。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的结构示意图。
[0025]图2为环氧支撑板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]如图1、2所示，一种直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆，包括有两根电流引线5，两根电流引线5外套设有环氧护套4，环氧护套4的一端安装有密封法兰1，环氧护套4的两端内壁中分别设有胶木支撑环3、6，环氧护套4的两端内壁与两根电流引线5的外壁之间填充有低温环氧胶2，两根电流引线5均伸出环氧护套4之外，没有安装密封法兰I的一端的两根电流引线5与两根下端电流引线7连接，两根下端电流引线7的另一端固定在环氧支撑板8上。
[0027]电流引线5为无氧铜电流引线，下端电流引线7由无氧铜和Nb3Sn超导线组成。
[0028]环氧支撑板8的一端活动安装有可拆卸的圆形活动板9，两根下端电流引线7的一端即固定在所述圆形活动板9上。
【主权项】
1.一种直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆，其特征在于:包括有两根电流引线，两根电流引线外套设有环氧护套，环氧护套的一端安装有密封法兰，环氧护套的两端内壁中分别设有胶木支撑环，环氧护套的两端内壁与两根电流引线的外壁之间填充有低温环氧胶，两根电流引线均伸出环氧护套之外，没有安装密封法兰的一端的两根电流引线与两根下端电流引线连接，两根下端电流引线的另一端固定在环氧支撑板上。2.根据权利要求1所述的直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆，其特征在于:所述的电流引线为无氧铜电流引线，下端电流引线由无氧铜和Nb3Sn超导线组成。3.根据权利要求1所述的直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆，其特征在于:所述的环氧支撑板的一端活动安装有可拆卸的圆形活动板，两根下端电流引线的一端即固定在所述圆形活动板上。
【专利摘要】本发明公开了一种直短样超导线多角度场临界电流测试样品杆，包括有两根电流引线，两根电流引线外套设有环氧护套，环氧护套的一端安装有密封法兰，环氧护套的两端内壁中分别设有胶木支撑环，环氧护套的两端内壁与两根电流引线的外壁之间填充有低温环氧胶，两根电流引线均伸出环氧护套之外，没有安装密封法兰的一端的两根电流引线与两根下端电流引线连接，两根下端电流引线的另一端固定在环氧支撑板上。本发明适用于超导股线性能测试实验，目前国内尚无类似结构，本结构在低温下可靠接触，并可以通入大电流，更换样品时操作简易，不会损伤超导线。
【IPC分类】G01R19/00
【公开号】CN105004901
【申请号】CN201510297762
【发明人】刘勃, 戴超, 秦经刚, 刘方, 郝强旺, 武玉, 房权生, 庞玉春
【申请人】中国科学院等离子体物理研究所
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月3日